Программирование для Linux. Профессиональный подход

■ Библиотечная функция — это обычная функция, которая находится во внешней библиотеке, подключаемой к программе. Большинство рассмотренных нами функций содержится в стандартной библиотеке языка С, libc. Вызов библиотечной функции реализуется традиционно: ее аргументы помещаются в регистры процессора или в стек и управление передается в начало кода функции (этот код находится в библиотеке, загруженной в память).

■ Системный вызов реализован в ядре Linux. Аргументы вызова упаковываются и передаются ядру, которое берет на себя управление программой, пока вызов не завершится. Системный вызов — это не обычная функция, и для передачи управления ядру требуется специальная подпрограмма. В GNU-библнотеке языка С (реализация стандартной библиотеки, имеющаяся в Linux) для системных вызовов созданы функции-оболочки, упрощающие обращение к ним. В качестве примеров системных вызовов можно привести низкоуровневые функции ввода-вывода, такие как open() и read().

Совокупность системных вызовов Linux формирует основной интерфейс между программами и ядром. Каждому вызову соответствует некая элементарная операция или функция.

Некоторые системные вызовы оказывают очень большое влияние на систему. Например. есть вызовы, позволяющие завершить работу Linux, выделить системные ресурсы или запретить другим пользователям доступ к ресурсам. С такими вызовами связано ограничение: только процессы, выполняющиеся с привилегиями суперпользователя (учетная запись root), имеют право обращаться к ним. В противном случае вызовы завершатся ошибкой.

Внутри себя библиотечная функция может обращаться к другим функциям или системным вызовам.

В настоящее время в Linux есть около 200 системных вызовов. Их список находится в файле /usr/include/asm/unistd.h. Некоторые из них используются только внутри системы, а некоторые предназначены лишь для реализации специализированных библиотечных функций. В этой главе будут рассмотрены те системные вызовы, которые чаще всего используются системными программистами.

8.1. Команда strace

Прежде чем изучать системные вызовы, полезно познакомиться с командой strace, которая отслеживает выполнение заданной программы, выводя список всех запрашиваемых системных вызовов и получаемых сигналов. Эта команда ставится в начале строки вызова программы, например:[26]

% strace hostname

В результате будет получено несколько экранов выходной информации. Каждая строка соответствует одному системному вызову. В строке указываются имя вызова, его аргументы (или их сокращенные обозначения, если аргументы слишком длинные) и возвращаемое значение. По возможности команда strace старается отображать не числовые значения, а символические константы. Показываются также поля структур, переданных по указателю. Вызовы обычных функций не регистрируются.

В случае команды strace hostname первая строка сообщает о системном вызове execve(), загружающем программу hostname:[27]

execve("/bin/hostname", ["hostname"], [/* 49 vars */]) = 0

Первый аргумент — это имя запускаемой программы. За ним идет список аргументов, состоящий из одного элемента. Дальше указан список переменных среды, который команда strace опустила для краткости.

Следующие примерно 30 строк отражают работу механизма загрузки стандартной библиотеки языка С из библиотечного файла. Ближе к концу наконец встречаются системные вызовы, связанные непосредственно с работой программы. Системный вызов uname() запрашивает имя компьютера у ядра:

uname({sys="Linux", node="myhostname", ...}) = 0

Заметьте, что команда strace показала метки полей структуры, в которой хранятся аргументы. Эта структура заполняется в системном вызове: Linux помещает в поле sys имя операционной системы, а в поле node — имя компьютера. Функция uname() будет описана ниже, в разделе 8.15. "Функция uname()".

Системный вызов write() выводит полученные результаты на экран. Вспомните, что дескриптор 1 соответствует стандартному выходному потоку. Третий аргумент — это количество отображаемых символов. Функция возвращает число действительно записанных символов.

write(1, "myhostname\n", 11) = 11

Эта строка может отобразиться искаженной, поскольку вывод программы hostname смешивается с результатами работы команды strace. Если запускаемая программа создает слишком много выходных данных, лучше перенаправить вывод команды strace в файл с помощью опции -о имя_файла.

8.2. Функция access(): проверка прав доступа к файлу

Функция access() определяет, имеет ли вызывающий ее процесс право доступа к заданному файлу. Функция способна проверить любую комбинацию привилегий чтения, записи и выполнения, а также факт существования файла.